KR100606420B1 - Optical potential transformer interleaved detector - Google Patents

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Abstract

본 발명은 검출기 삽입형 광 전압검출기에 관한 것으로, 종래에는 분압기를 이용하여 포켈스 소자에 전계를 인가함으로 인해 센서와 신호처리부 이외의 별도 부품이 사용되므로 광 센서의 최대 장점인 초소형 경량의 특성이 사라지고, 전압을 인가할 때 발생하는 전계 불평등으로 인하여 정밀도가 저하되는 문제점이 있었다. 이러한 문제점을 감안한 본 발명은 레이저 입사광에서 수직 방향으로 진동하는 광만을 편광하여 출력하는 제1편광기와; 상기 제1편광기로부터의 상기 수직 방향으로 진동하는 광을 수직방향과 수평방향 좌표성분으로 분리하고, 수평방향 좌표성분을 90도 위상지연하여 다시 합성출력함으로써, 원편광을 만들어 출력하는 1/4파장 판과; 인가되는 전계의 세기에 따라서, 입사되는 광의 수평방향 진동광성분과 수직방향 진동 광성분의 광 굴절률을 변화시켜 위상지연을 발생시킴으로써, 상기 1/4파장 판으로부터의 입사광을 타원편광시켜 출력하는 포켈스 소자와; 고전압의 측정대상을 대향하게 설치되며, 상기 측정 대상의 고전압에 비례한 전압을 출력하는 금속판으로 되는 제1전압검출부와; 고전압의 측정대상의 접지전위부에 대향하게 설치되고, 접지전위부의 전압에 비례한 전압을 출력하는 금속판으로 되는 제2전압검출부와; 상기 포켈스 소자의 길이방향 양단부에 코팅되어, 상기 제 1 및 제 2 전압검출부로부터의 전압을 상기 포켈스 소자의 양단에 인가하는 전극막과; 상기 제 1 및 제 2 전압검출부로부터의 전압을 상기 전극막에 전달하기 위한 전기적 도체로 된 리드선과; 상기 포켈스 소자의 출력광에서 수직으로 편광된 광성분만을 여과하여 출력하는 제2편광기와;를 포함하여 구성되어 전압 검출부를 이용하여 높은 증폭전압을 포켈스 소자에 인가하여 전압 측정의 신뢰성을 향상시키고, 센서가 차지하는 공간을 줄여 설치가 간편해지는 효과가 있다.The present invention relates to a detector-embedded photovoltaic detector. In the related art, a separate component other than the sensor and the signal processor is used by applying an electric field to a Pockels element using a voltage divider, and thus, the ultra-light weight characteristic of the optical sensor is eliminated. However, there is a problem in that precision is lowered due to an electric field inequality generated when a voltage is applied. In view of the above problems, the present invention provides a light emitting device comprising: a first polarizer for polarizing and outputting only light vibrating in a vertical direction from laser incident light; 1/4 wavelength for generating circularly polarized light by separating light oscillating in the vertical direction from the first polarizer into vertical and horizontal coordinate components, and horizontally delaying the horizontal coordinate component by 90 degrees. Plate; According to the intensity of the applied electric field, Pockels outputs the elliptical polarization of the incident light from the quarter-wave plate by varying the optical refractive index of the incident light and the vertical refractive light component to generate a phase delay. An element; A first voltage detector installed opposite to a high voltage measurement object and configured to output a voltage proportional to the high voltage of the measurement object; A second voltage detector provided opposite to the ground potential of the measurement target of the high voltage and made of a metal plate for outputting a voltage proportional to the voltage of the ground potential; An electrode film coated on both ends of the Pockels element in a longitudinal direction and configured to apply voltages from the first and second voltage detectors to both ends of the Pockels element; A lead wire made of an electrical conductor for transferring voltages from the first and second voltage detectors to the electrode film; A second polarizer for filtering and outputting only the light components vertically polarized from the output light of the Pockels device; and including a high voltage amplification voltage to the Pockels device using a voltage detector to improve reliability of voltage measurement. In this case, the space occupied by the sensor can be reduced, thereby simplifying the installation.

Description

검출기 삽입형 광 전압검출기{OPTICAL POTENTIAL TRANSFORMER INTERLEAVED DETECTOR}Detector-type optical voltage detector {OPTICAL POTENTIAL TRANSFORMER INTERLEAVED DETECTOR}

도 1은 종래 광 전압검출기의 구성을 보인 예시도.1 is an exemplary view showing a configuration of a conventional optical voltage detector.

도 2는 도 1의 광 전압검출기의 구동 원리를 설명하는 예시도.2 is an exemplary view illustrating a driving principle of the photovoltage detector of FIG. 1.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 검출기 삽입형 광 전압검출기의 구성을 보인 예시도.3 is an exemplary view showing the configuration of a detector-insertable photovoltage detector according to an embodiment of the present invention.

도 4는 도 3의 검출기 삽입형 광 전압검출기의 구동 원리를 설명하는 예시도.4 is an exemplary view for explaining a driving principle of the detector-embedded photovoltage detector of FIG. 3.

**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**** Description of the symbols for the main parts of the drawings **

31 : 제1전압 검출부 33 : 전압 전송 리드선31: first voltage detector 33: voltage transmission lead wire

34 : 코팅 전극막34: coating electrode film

본 발명은 검출기 삽입형 광 전압검출기에 관한 것으로, 특히 광학 소자를 이용하여 전압을 검출하는 광 전압검출기에서의 측정 감도를 향상시킬 수 있게 한 검출기 삽입형 광 전압검출기에 관한 것이다.The present invention relates to a detector-embedded photovoltaic detector, and more particularly, to a detector-embedded photovoltaic detector which makes it possible to improve the measurement sensitivity in an optical voltage detector for detecting voltage using an optical element.

종래 전력기기에서 철심과 권심으로 구성된 전압검출용 변압기(PT: Potential Transformer)와 변류기(CT: Current Transformer)는 고전압, 대전류를 측정하지만, 그 크기가 대형이고 노이즈 등에 의한 간섭에 취약한 단점을 가지고 있다.In conventional power equipment, a voltage detection transformer (PT) and a current transformer (CT) composed of iron cores and cores measure high voltages and large currents, but they are large in size and vulnerable to interference due to noise. .

이러한 단점을 보완하기 위해 레이저 광을 이용한 고전압, 대전류 측정이 주목받고 있다. 레이저 광을 이용한 고전압, 대전류 측정은 센서를 절연물로 구성하고, 비접촉 방법을 이용하고, 그 크기가 소형이므로 설치가 간단하고, 주변 전자장에 의한 영향을 배제할 수 있다. 그리고, 2차측으로 1차측의 고전위가 출력되지 않으므로 신뢰성 향상이 가능하고, 직류에서 수 ㎓의 고주파에 이르는 광범위한 주파수 영역에서도 측정이 가능하다.In order to make up for these drawbacks, high voltage and high current measurements using laser light have attracted attention. The high voltage and high current measurement using laser light consists of an insulator, a non-contact method, and its small size makes installation simple and eliminates the influence of surrounding electromagnetic fields. In addition, since the high potential of the primary side is not output to the secondary side, reliability can be improved, and measurement can be performed in a wide frequency range ranging from direct current to several high frequencies.

레이저 광을 이용한 전압, 전류 측정 센서에는 광학 소자, 구조 등에 새로운 방법을 적용하는 시도가 진행되고 있다. 전류를 측정하는 장치에는 여러 가지 형태의 광학적 장치가 제시되어 있으나 전압을 측정하는 장치에는 포켈스 소자를 이용해야만 한다. 그러나, 포켈스 소자 자체만으로 전압을 측정하기에는 소자 자체의 출력 감도에 많은 영향을 받는다. 따라서, 보다 높은 출력 감도를 얻기 위해 새로운 검출 장치가 필요하다.Attempts have been made to apply new methods to optical elements, structures, and the like for voltage and current measurement sensors using laser light. Various types of optical devices are presented for the current measuring device, but the Pockels element must be used for the voltage measuring device. However, in order to measure voltage with the Pockels device itself, the output sensitivity of the device itself is greatly affected. Thus, new detection devices are needed to achieve higher output sensitivity.

도 1은 종래 광 계기용 변압기의 구성을 보인 예시도로서, 이에 도시된 바와 같이 입력광에서 수직 방향으로 진동하는 광을 1/4 파장판(12)으로 입사시키는 제1편광기(11)와; 상기 수직 방향으로 진동하는 광을 전계에 따라 서로 다른 위상 지연을 발생시켜 타원 편광을 출력하는 포켈스 소자(13)와; 상기 포켈스 소자(13)에 전계를 인가하는 분압기(20)와; 상기 포켈스 소자(13)의 출력광에서 수직으로 편광된 광성분만을 여과하여 출력하는 제2편광기(14)로 구성된다.1 is an exemplary view showing a configuration of a conventional optical instrument transformer, as shown in the first polarizer 11 for injecting light oscillating in the vertical direction from the input light to the quarter wave plate 12; A Pockels element (13) which outputs elliptical polarization by generating different phase delays according to the electric field of the light oscillating in the vertical direction; A voltage divider (20) for applying an electric field to the Pockels element (13); The second polarizer 14 filters and outputs only the light components vertically polarized from the output light of the Pockels element 13.

전기광학효과는 광학 결정이 전계 내에서 굴절률 및 방위각의 변화에 의해 편광이 발생하는 현상이다. 광 계기용 변압기는 전기광학효과의 특성을 가지고 있는 포켈스 소자를 이용한다. 포켈스 소자는 결정을 이루는 축으로 X 방향(fast 축)과 Y 방향(slow 축)을 구비한다.The electro-optic effect is a phenomenon in which the optical crystal is polarized by the change of the refractive index and the azimuth angle in the electric field. Photovoltaic transformers use Pockels elements with electro-optic effects. The Pockels device has an X-direction (fast axis) and a Y-direction (slow axis) as axes for forming a crystal.

포켈스 소자에 전계가 인가되면 동일한 굴절율이었던 성분이 변화를 일으켜 각 축방향의 굴절률에 차이가 발생한다. 포켈스 소자를 통과하는 광은 굴절률의 변화에 따라 소자를 통과할 때의 속도가 차이가 나게 된다. 즉, Y 축 방향 진동 성분 광보다 X 축을 통과하는 Z 축 방향 진동 성분 광이 더 빠르게 소자를 통과한다.When an electric field is applied to the Pockels device, the components having the same refractive index change, causing a difference in the refractive index in each axial direction. The light passing through the Pockels device will vary in speed as it passes through the device as the refractive index changes. That is, Z-axis vibration component light passing through the X axis passes through the element faster than Y-axis vibration component light.

만약 t=0㎱일 때 X 축 진동 광의 크기 1, Y 축 진동 광의 크기 1, t=1㎱일 때 X 축 진동 광의 크기 0.5, Y 축 진동 광의 크기 0.5, t=2㎱일 때 X 축 진동 광의 크기 0, Y 축 진동 광의 크기 0인 광이 포켈스 소자에 입력되었을 때 임의의 전계에 의해 발생한 굴절률 변화로 X 축을 통과할 때 통과시간 1㎱, Y 축을 통과할 때 2㎱가 걸린다고 가정하자. 2㎱ 후에 포켈스 소자에서 출력되는 광의 크기는 X 축 진동 광의 크기 0.5, Y 축 진동 광의 크기 0이 된다. 그러므로, 광 계기용 변압기는 포켈스 소자의 굴절률 변화에 따라 소자를 통과하는 광이 굴절률에 비례하는 크기로 기준신호보다 위상지연이 발생하는 현상을 이용한다.If t = 0㎱, the magnitude of the X-axis vibration light is 1, and the Y-axis vibration light is 1, and when t = 1㎱, the magnitude of the X-axis vibration light is 0.5; Suppose that a light with a magnitude of 0 and a Y-axis oscillation light takes 1 ms of passing time through the X axis and 2 ms of passing through the Y axis with a refractive index change caused by an arbitrary electric field when it is input to the Pockels element. . After 2 ms, the magnitude of the light output from the Pockels element becomes 0.5 magnitude of the X-axis vibration light and 0 magnitude of the Y-axis vibration light. Therefore, the photometer transformer utilizes a phenomenon in which phase delay occurs in comparison with a reference signal because the light passing through the device is proportional to the refractive index according to the change in the refractive index of the Pockels device.

도 2는 도 1의 광 계기용 변압기의 구동 원리를 설명하는 예시도로서, 이에 도시된 바와 같이 입사광(A)은 제1편광기(11)에 입력되어 1/4 파장판(12), 포켈스 소자(13)를 경유하고, 고전압은 광 계기용 변압기의 주위에 인가되고 전계(C)는 포켈스 소자(13)에 평행하게 인가되고, 광 계기용 변압기의 출력은 제2편광기(14)를 지나 출력됨을 설명한다.FIG. 2 is an exemplary view illustrating a driving principle of the photovoltaic transformer of FIG. 1, and as shown therein, incident light A is input to the first polarizer 11 to provide a quarter wave plate 12 and Pockels. Via the element 13, a high voltage is applied around the photometer transformer and an electric field C is applied in parallel to the Pockels element 13, and the output of the photometer transformer passes the second polarizer 14. Explain the output.

무편광된 입력광(21)은 제1편광기에 입사하여 전계 방향과 평행한 방향으로 진행하는 성분 중에서 수직 방향으로 진동하는 성분만(22)이 1/4 파장판으로 입사한다. 1/4 파장판은 X 축으로 진동하는 광과 Y 축으로 진동하는 광 중에서 X 축으로 진동하는 광이 있을 때, X축 방향으로 진동하는 광을 90°위상 지연시킨다.The unpolarized input light 21 is incident on the first polarizer and only components 22 oscillating in the vertical direction are incident on the quarter-wave plate among the components traveling in the direction parallel to the electric field direction. The quarter wave plate delays the light vibrating in the X-axis direction by 90 ° when there is light vibrating in the X-axis among the light vibrating in the X-axis and the light vibrating in the Y-axis.

Y 축으로 진동하면서 진행하는 광이 사인파 형태로 진행한다면 90°위상이 지연된 X 축 광은 코사인파로 진행한다. 따라서, 두 광의 합성(23)은 원편광이 된다. 원편광된 광(23)은 포켈스 소자에 입사하고 포켈스 소자에 인가되는 전계에 따라 포켈스 소자의 X 축과 Y 축의 굴절률이 변화한다. 이로 인해 각 축을 통과하는 X 축 진동하는 광과 Y 축 진동하는 광에 서로 다른 위상 지연이 발생한다. 포켈스 소자를 통과한 출력광(24)은 타원편광이 된다. 제2편광기는 수직으로 편광된 광 성분만(25)을 여과하므로 인가된 전계와 함께 전압을 계산할 수 있다.If the light propagating while vibrating on the Y axis proceeds in the form of a sine wave, the X-axis light delayed by 90 ° proceeds as a cosine wave. Therefore, the combination 23 of the two lights becomes circularly polarized light. The circularly polarized light 23 is incident on the Pockels device and the refractive indexes of the Pockels device's X and Y axes change according to the electric field applied to the Pockels device. This results in different phase delays for the X-axis oscillating light passing through each axis and the Y-axis oscillating light. The output light 24 passing through the Pockels element becomes elliptical polarization. The second polarizer filters only the vertically polarized light components 25 so that the voltage can be calculated with the applied electric field.

포켈스 소자에 전계를 인가하는 분압기를 이용한 방법은 도 1에 도시된 바와 같이, 계통의 전압을 분압기(20) 양단에 인가하고 일정 비율로 분압된 전압을 포켈스 소자(13)에 인가하는 방법이다. 분압된 전압이 포켈스 소자 양단에 인가되면 소자의 길이에 따라 전계의 크기 E=V/d(V: 분압되어 인가되는 전압, d: 포켈스 소자의 길이)가 된다.In the method using a voltage divider for applying an electric field to the Pockels device, as shown in FIG. 1, a voltage of a system is applied across the voltage divider 20 and a voltage divided by a predetermined ratio is applied to the Pockels device 13. to be. When the divided voltage is applied across the Pockels element, the magnitude of the electric field becomes E = V / d (V: voltage applied by dividing, d: length of the Pockels element) according to the length of the element.

그러나, 상기와 같은 종래 기술에 있어서, 광 계기용 변압기는 포켈스 소자 양단에 인가되고 있는 전계의 크기로 전압을 측정하므로 포켈스 소자의 감도와 전계의 크기, 전계 분포의 균일도가 중요하다. 따라서, 종래에는 감도가 우수한 소자를 이용하는 것에 초점을 맞추었으나 그러한 특성을 가지고 있는 포켈스 소자는 온도에 민감한 반응을 하므로 실험적인 측정밖에는 할 수 없는 문제점이 있다. However, in the prior art as described above, the photometer transformer measures the voltage by the magnitude of the electric field applied across the Pockels element, so the sensitivity of the Pockels element, the magnitude of the electric field, and the uniformity of the electric field distribution are important. Therefore, while focusing on using a device having excellent sensitivity in the past, the Pockels device having such characteristics has a problem that can only be measured experimentally because it reacts temperature sensitive.

또한, 현재 주위 온도가 상온과 다른 전력기기 등의 제품이나, 온도 변화가 심한 환경에서 이용하기 위해 대부분의 광 계기용 변압기는 분압기를 이용하여 포켈스 소자에 전계를 인가하고 있다. 그러나, 분압기를 이용하면 센서와 신호처리부 이외의 별도 부품이 사용되므로 광 센서의 최대 장점인 초소형 경량의 특성이 사라지고, 전압을 인가할 때 발생하는 전계 불평등으로 인하여 정밀도가 저하되는 문제점이 있다.In addition, current products such as power equipment, where the ambient temperature is different from room temperature, but most of the photovoltaic transformers apply electric fields to the Pockels element using a voltage divider for use in an environment where temperature changes are severe. However, when the voltage divider is used, separate parts other than the sensor and the signal processor are used, and thus, the smallest and lightest characteristic of the optical sensor disappears, and the precision is degraded due to the electric field inequality generated when the voltage is applied.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 창안한 것으로, 포켈스 소자 양단에 전극막을 코팅하여 포켈스 소자에 평등 전계를 인가하여 전압 측정의 정밀도를 향상시킬 수 있도록 한 검출기 삽입형 광 계기용 변압기를 제공함에 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and the detector-insertable photovoltaic transformer which can improve the accuracy of voltage measurement by applying an equal electric field to the Pockels element by coating an electrode film on both ends of the Pockels element. The purpose is to provide.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 레이저 입사광에서 수직 방향으로 진동하는 광만을 편광하여 출력하는 제1편광기와;The present invention for achieving the above object, and a first polarizer for polarizing and outputting only the light oscillating in the vertical direction from the laser incident light;

상기 제1편광기로부터의 상기 수직 방향으로 진동하는 광을 수직방향과 수평방향 좌표성분으로 분리하고, 수평방향 좌표성분을 90도 위상지연하여 다시 합성출 력함으로써, 원편광을 만들어 출력하는 1/4파장 판과;1/4 to generate circular polarized light by separating the light vibrating in the vertical direction from the first polarizer into vertical and horizontal coordinate components, and outputting the composite signal by phase-delaying the horizontal coordinate component by 90 degrees. A wave plate;

인가되는 전계의 세기에 따라서, 입사되는 광의 수평방향 진동광성분과 수직방향 진동 광성분의 광 굴절률을 변화시켜 위상지연을 발생시킴으로써, 상기 1/4파장 판으로부터의 입사광을 타원편광시켜 출력하는 포켈스 소자와;According to the intensity of the applied electric field, Pockels outputs the elliptical polarization of the incident light from the quarter-wave plate by varying the optical refractive index of the incident light and the vertical refractive light component to generate a phase delay. An element;

고전압의 측정대상을 대향하게 설치되며, 상기 측정 대상의 고전압에 비례한 전압을 출력하는 금속판으로 되는 제1전압검출부와;A first voltage detector installed opposite to a high voltage measurement object and configured to output a voltage proportional to the high voltage of the measurement object;

고전압의 측정대상의 접지전위부에 대향하게 설치되고, 접지전위부의 전압에 비례한 전압을 출력하는 금속판으로 되는 제2전압검출부와;A second voltage detector provided opposite to the ground potential of the measurement target of the high voltage and made of a metal plate for outputting a voltage proportional to the voltage of the ground potential;

상기 포켈스 소자의 길이방향 양단부에 코팅되어, 상기 제 1 및 제 2 전압검출부로부터의 전압을 상기 포켈스 소자의 양단에 인가하는 전극막과;An electrode film coated on both ends of the Pockels element in a longitudinal direction and configured to apply voltages from the first and second voltage detectors to both ends of the Pockels element;

상기 제 1 및 제 2 전압검출부로부터의 전압을 상기 전극막에 전달하기 위한 전기적 도체로 된 리드선과;
상기 포켈스 소자의 출력광에서 수직으로 편광된 광성분만을 여과하여 출력하는 제2편광기와;를 포함하여 구성한 것을 특징으로 한다.A lead wire made of an electrical conductor for transferring voltages from the first and second voltage detectors to the electrode film ;
And a second polarizer for filtering and outputting only the light components vertically polarized from the output light of the Pockels device.

이하, 본 발명에 따른 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 검출기 삽입형 광 전압검출기의 구성을 보인 예시도로서, 이에 도시된 바와 같이 입사광(A)에서 수직 방향으로 진동하는 광만을 편광하여 출력하는 제1편광기(11)와;FIG. 3 is an exemplary view showing a configuration of a detector-insertable photovoltage detector according to an exemplary embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, a first polarizer 11 for polarizing and outputting only light vibrating in the vertical direction from the incident light A is shown. Wow;

제1편광기(11)로부터의 상기 수직 방향으로 진동하는 광을 수직방향 좌표성분(Y성분 광)과 수평방향 좌표성분(X성분 광)으로 분리하고, 수평방향 좌표성분(X성분 광)을 90도 위상지연하여 다시 상기 수직방향 좌표성분(Y성분 광)에 합성출력 함으로써, 원편광을 만들어 출력하는 1/4파장 판(12)과;The light vibrating in the vertical direction from the first polarizer 11 is separated into a vertical coordinate component (Y component light) and a horizontal coordinate component (X component light), and the horizontal coordinate component (X component light) is 90 degrees. A phase-delayed plate (12) for generating and outputting circularly polarized light by synthesizing and outputting it to the vertical coordinate component (Y component light) again with phase delay;

인가되는 전계의 세기에 따라서, 입사되는 광의 수평방향 진동광성분과 수직방향 진동 광성분의 광 굴절률을 변화시켜 위상지연을 발생시킴으로써, 상기 1/4파장 판으로부터의 입사광을 타원편광시켜 출력하는 포켈스 소자(13)와;According to the intensity of the applied electric field, Pockels outputs the elliptical polarization of the incident light from the quarter-wave plate by varying the optical refractive index of the incident light and the vertical refractive light component to generate a phase delay. An element 13;

고전압의 측정대상(도 4의 부호41)을 대향하게 설치되며, 상기 측정 대상의 고전압에 비례한 전압을 출력하는 금속판으로 되는 제1전압검출부(31)와;A first voltage detection unit 31 provided opposite to a measurement target of high voltage (symbol 41 in FIG. 4) and made of a metal plate for outputting a voltage proportional to the high voltage of the measurement target;

고전압의 측정대상(41)의 접지전위부(42)에 대향하게 설치되고, 접지전위부(42)의 전압에 비례한 전압을 출력하는 금속판으로 되는 제2전압검출부(32)와;A second voltage detector 32 provided opposite to the ground potential portion 42 of the measurement target 41 of the high voltage and made of a metal plate for outputting a voltage proportional to the voltage of the ground potential portion 42;

상기 포켈스 소자(13)의 길이방향 양단부에 코팅되어, 상기 제 1 및 제 2 전압검출부(31),(32)로부터의 전압을 상기 포켈스 소자(13)의 양단에 인가하는 전극막(34)과;An electrode film 34 coated on both ends of the Pockels element 13 in the longitudinal direction and applying voltages from the first and second voltage detectors 31 and 32 to both ends of the Pockels element 13; )and;

상기 제 1 및 제 2 전압검출부(31),(32)로부터의 전압을 상기 전극막(34)에 전달하기 위한 전기적 도체로 된 리드선(33)과;
상기 포켈스 소자(13)의 출력광에서 수직으로 편광된 광성분만을 여과하여 출력하는 제2편광기(14)와;를 포함하여 구성된다. 전압을 측정코자하는 대상이 되는 전력기기 내부에 본 발명에 따른 검출기 삽입형 광 전압검출기를 설치할 경우, 광 전압검출기를 고전압이 인가되는 측정대상 전력기기의 도체와 접지되어 있는 전력기기의 외함(CASE) 사이에 전계의 인가방향으로 상기 제 1 전압검출부(31)가 측정대상 전력기기의 도체를 대향하게 그리고 상기 제 2전압검출부(32)가 측정대상 전력기기의 접지부(42)에 대향하게 설치하면 된다. 광 전압검출기에는 전압측정 대상인 전력기기의 전계가 인가된다. A lead wire (33) made of an electrical conductor for transferring the voltages from the first and second voltage detectors (31) and (32) to the electrode film (34);
And a second polarizer 14 for filtering and outputting only the light components vertically polarized from the output light of the Pockels element 13. When installing the detector-embedded type photovoltage detector according to the present invention inside a power device to be measured voltage, the photovoltage detector is a conductor of the power device to which the high voltage is applied and the enclosure of the power device grounded. When the first voltage detector 31 faces the conductor of the power device to be measured and the second voltage detector 32 faces the ground 42 of the power device to be measured in the direction of application of the electric field. do. The electric field of the power device to be measured voltage is applied to the optical voltage detector.

도 4는 도 3의 검출기 삽입형 광 계기용 변압기의 구동 원리를 설명하는 예시도이다.4 is an exemplary view illustrating a driving principle of the detector-insertable photometer transformer of FIG. 3.

제1전압 검출부(31)는 고전압이 인가되고 있는 전압측정대상의 도체부(41)와 대향하게 설치하고, 제2전압 검출부(32)는 전압측정 대상 전력기기의 외함과 같은 접지부(42)와 대향하게 설치한다.The first voltage detector 31 is provided to face the conductor portion 41 of the voltage measurement target to which the high voltage is applied, and the second voltage detector 32 is a ground portion 42 such as an enclosure of the power device to be measured voltage. Install opposite.

전압 전송 리드선(33)은 제1,제2전압 검출부(31, 32)와 포켈스 소자의 상, 하 코팅 전극막(34)을 각각 연결한다. 제1,제2전압 검출부(31, 32)의 전압은 전압 전송 리드선(33)에 의해 코팅 전극막(34)에 전달된다.The voltage transmission lead 33 connects the first and second voltage detectors 31 and 32 to the upper and lower coating electrode layers 34 of the Pockels element, respectively. The voltages of the first and second voltage detectors 31 and 32 are transferred to the coating electrode film 34 by the voltage transmission lead 33.

1차측 전압은 V, 1차측 도체와 접지 사이의 거리를 d라 하면, 광 계기용 변압기가 설치되어 있는 1차측 도체와 접지 사이에 발생되고 있는 전계의 크기 E는 수학식 1과 같다. 이때, 전계의 방향은 1차측 도체에서 접지쪽으로 향한다.If the primary voltage is V and the distance between the primary conductor and the ground is d, the magnitude E of the electric field generated between the primary conductor and the ground on which the photovoltaic transformer is installed is expressed by Equation 1. At this time, the direction of the electric field is directed from the primary conductor to the ground.

Figure 112004030742442-pat00001
Figure 112004030742442-pat00001

제1,제2전압 검출부(31, 32)를 설치하였을 때 제1,제2전압 검출부(31, 32) 양단에서 검출되어지는 전압 V1은 수학식 2와 같다.When the first and second voltage detectors 31 and 32 are installed, the voltage V 1 detected at both ends of the first and second voltage detectors 31 and 32 is represented by Equation 2 below.

Figure 112004030742442-pat00002
Figure 112004030742442-pat00002

여기서, d1은 전압 검출기 사이의 거리이다.Where d 1 is the distance between the voltage detectors.

제1,제2전압 검출부(31, 32) 양단에서 검출된 전압은 전압 전송 리드선(33)을 통하여 포켈스 소자(13) 양단에 코팅된 전극막 (34)사이에 인가된다. 이때, 포켈스 소자(13) 양단에 제1,제2전압 검출부(31, 32) 양단으로부터 인가된 전압에 의해 발생되는 전계 E1은 수학식 3과 같다.The voltage detected at both ends of the first and second voltage detectors 31 and 32 is applied between the electrode films 34 coated at both ends of the Pockels element 13 through the voltage transmission lead 33. At this time, the electric field E 1 generated by the voltage applied from both ends of the first and second voltage detectors 31 and 32 across the Pockels element 13 is expressed by Equation 3 below.

Figure 112004030742442-pat00003
Figure 112004030742442-pat00003

여기서, d2는 포켈스 소자(13)의 길이이다.Here, d 2 is the length of the Pockels element 13.

따라서, 포켈스 소자(13) 양단에 인가되는 전계의 크기는 전압측정대상의 도체부(41)와 접지부(42) 사이에 발생되는 전계와 제1,제2전압 검출부(31, 32)로부터 포켈스 소자 (13)양단에 인가되는 전압에 의해 발생되는 전계 크기의 합으로 수학식 4와 같다.Therefore, the magnitude of the electric field applied to both ends of the Pockels element 13 is determined from the electric field generated between the conductor portion 41 and the ground portion 42 and the first and second voltage detectors 31 and 32. The sum of the magnitudes of the electric fields generated by the voltage applied across the Pockels element 13 is expressed by Equation 4.

Figure 112004030742442-pat00004
Figure 112004030742442-pat00004

E는 제1,제2전압 검출부(31, 32)를 이용하지 않았을 때 포켈스 소자(13) 양단에 인가되는 전계이고, Etotal은 제1,제2전압 검출부(31, 32)를 설치했을 때 포켈스 소자(13) 양단에 인가되는 전계이다. 전계 검출부 즉, 제1,제2전압 검출부(31, 32)를 광 전압검출기 내부에 설치한 결과 분압기를 사용하지 않아도 (1+d1/d2)만큼 증폭된 전압값(전계)를 포켈스 소자 (13)에 인가할 수 있다. 이때, d1과 d2는 전압 검출기로 설치한 두 개의 금속판으로 된 제1,제2전압 검출부(31, 32) 사이의 거리와 포켈스 소자(13)의 길이이다. d1과 d2를 비교하면 d1>d2이다. 따라서, (1+d1/d2)는 항상 1보다 큰 값을 가지므로 Etotal은 E보다 큰 값을 갖게 된다. 일반적으로 d1>5*d 2이므로, 제1,제2전압 검출부(31, 32)를 사용한다면 사용하지 않았을 때보다 최소 5배 이상의 전계를 포켈스 소자(13)에 인가할 수 있고, 따라서, 보다 높은 정밀도의 전압측정 출력을 얻을 수 있다.E is an electric field applied to both ends of the Pockels element 13 when the first and second voltage detectors 31 and 32 are not used, and E total is the first and second voltage detectors 31 and 32. Is the electric field applied across the Pockels element (13). As a result of installing the electric field detectors, i.e., the first and second voltage detectors 31 and 32, inside the photovoltage detector, the Pockels voltage value (field) amplified by (1 + d 1 / d 2 ) without using a voltage divider is used. It can be applied to the element 13. At this time, d 1 and d 2 are the distance between the first and second voltage detectors 31 and 32 of two metal plates provided as voltage detectors and the length of the Pockels element 13. Comparing d 1 and d 2 gives d 1 > d 2 . Therefore, (1 + d 1 / d 2 ) always has a value greater than 1, so E total has a value greater than E. In general, since d 1 > 5 * d 2 , if the first and second voltage detectors 31 and 32 are used, at least five times more electric fields can be applied to the Pockels element 13 than when not in use. Higher precision voltage measurement output can be obtained.

코팅 전극막(34)은 전압 전송 리드선(33)을 통하여 제1,제2전압 검출부(31, 32)로부터의 전압측정 대상의 측정전압에 비례한 전압을 포켈스 소자(13) 양단에 인가한다. 한편, 코팅 전극막(34) 없이 전압 전송 리드선(33)을 포켈스 소자(13)에 직결하여 측정 전압 인가하는 경우, 포켈스 소자의 모서리에만 전압이 인가되므로 불평등 전계가 심화된다. 불평등 전계가 심하게 되면 불평등 정도에 따라 전계에 의하여 변화되는 포켈스 소자의 굴절률이 소자의 내부에서도 차이가 발생하게 된다. 따라서, 보다 평등 전계에 가까운 상태를 만들어 주기 위해서 포켈스 소자의 양 단면에 전극막(34)을 코팅한다. 코팅 전극막(34)이 설치됨으로 인하여 모서리에만 인가될 때보다 평등에 가까운 전계 상태를 만들 수 있다. 코팅 전극막(34)은 광을 투과할 수 있으면서도 통전 성능이 있는 인듐 틴 옥사이드 (In2O3-SnO2)글라스 ( 소위 ITO Glass)를 가지고 형성한다.The coating electrode film 34 applies a voltage proportional to the measurement voltage of the voltage measurement target from the first and second voltage detectors 31 and 32 through the voltage transmission lead 33 to both ends of the Pockels element 13. . On the other hand, when the voltage transmission lead wire 33 is directly connected to the Pockels element 13 without the coating electrode film 34, the voltage is applied only to the corners of the Pockels element so that an inequality electric field is intensified. If the inequality is severe, the refractive index of the Pockels element, which is changed by the electric field according to the degree of inequality, also occurs within the element. Therefore, in order to make the state closer to the equal electric field, the electrode films 34 are coated on both end surfaces of the Pockels element. Since the coating electrode film 34 is installed, it is possible to make an electric field state closer to equality than when only the edge is applied. The coating electrode film 34 is formed with indium tin oxide (In 2 O 3 -SnO 2 ) glass (so-called ITO glass) that can transmit light and has a conduction performance.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 전압 검출부를 이용하여 높은 전계를 포켈스 소자에 인가하여 전압 측정의 신뢰성을 향상시키고, 센서가 차지하는 공간을 줄여 설치가 간편해지는 효과가 있다.As described above in detail, the present invention improves the reliability of voltage measurement by applying a high electric field to the Pockels element using a voltage detector, and has an effect of simplifying the installation by reducing the space occupied by the sensor.

또한, 포켈스 소자 양단에 전극막을 코팅함으로써 소자에 평등 전계를 인가하여 포켈스 소자의 굴절률을 평등하게 유지시켜 전압 측정의 정밀도를 향상시키는 효과가 있다.In addition, by coating an electrode film on both ends of the Pockels element, an equal electric field is applied to the element, thereby maintaining the refractive index of the Pockels element equal, thereby improving accuracy of voltage measurement.

Claims (3)

레이저 입사광에서 수직 방향으로 진동하는 광만을 편광하여 출력하는 제1편광기와;A first polarizer configured to polarize and output only light oscillating in the vertical direction from the laser incident light; 상기 제1편광기로부터의 상기 수직 방향으로 진동하는 광을 수직방향과 수평방향 좌표성분으로 분리하고, 수평방향 좌표성분을 90도 위상지연하여 다시 합성출력함으로써, 원편광을 만들어 출력하는 1/4파장 판과;1/4 wavelength for generating circularly polarized light by separating light oscillating in the vertical direction from the first polarizer into vertical and horizontal coordinate components, and horizontally delaying the horizontal coordinate component by 90 degrees. Plate; 인가되는 전계의 세기에 따라서, 입사되는 광의 수평방향 진동광성분과 수직방향 진동 광성분의 광 굴절률을 변화시켜 위상지연을 발생시킴으로써, 상기 1/4파장 판으로부터의 입사광을 타원편광시켜 출력하는 포켈스 소자와;According to the intensity of the applied electric field, Pockels outputs the elliptical polarization of the incident light from the quarter-wave plate by varying the optical refractive index of the incident light and the vertical refractive light component to generate a phase delay. An element; 고전압의 측정대상을 대향하게 설치되며, 상기 측정 대상의 고전압에 비례한 전압을 출력하는 금속판으로 되는 제1전압검출부와;A first voltage detector installed opposite to a high voltage measurement object and configured to output a voltage proportional to the high voltage of the measurement object; 고전압의 측정대상의 접지전위부에 대향하게 설치되고, 접지전위부의 전압에 비례한 전압을 출력하는 금속판으로 되는 제2전압검출부와;A second voltage detector provided opposite to the ground potential of the measurement target of the high voltage and made of a metal plate for outputting a voltage proportional to the voltage of the ground potential; 상기 포켈스 소자의 길이방향 양단부에 코팅되어, 상기 제 1 및 제 2 전압검출부로부터의 전압을 상기 포켈스 소자의 양단에 인가하는 전극막과;An electrode film coated on both ends of the Pockels element in a longitudinal direction and configured to apply voltages from the first and second voltage detectors to both ends of the Pockels element; 상기 제 1 및 제 2 전압검출부로부터의 전압을 상기 전극막에 전달하기 위한 전기적 도체로 된 리드선과; A lead wire made of an electrical conductor for transferring voltages from the first and second voltage detectors to the electrode film ; 상기 포켈스 소자의 출력광에서 수직으로 편광된 광성분만을 여과하여 출력하는 제2편광기와;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 검출기 삽입형 광 전압검출기.And a second polarizer for filtering and outputting only the light components vertically polarized from the output light of the Pockels element. 제1항에 있어서, 상기 광 전압검출기는 전압측정 대상기기의 고전압이 인가되는 도체와 상기 대상기기의 접지되어 있는 외함 사이의 전계 인가방향으로 설치되는 것을 특징으로 하는 검출기 삽입형 광 전압검출기.The detector-type photovoltage detector according to claim 1, wherein the photovoltage detector is installed in an electric field application direction between a conductor to which a high voltage of the voltage measurement target device is applied and a grounded enclosure of the target device . 제1항에 있어서, 상기 코팅 전극막은 광을 투과하면서 통전 성능이 있는 인듐 틴 옥사이드(In2O3-SnO2)글라스로 구성된 것을 특징으로 하는 검출기 삽입형 광 전압검출기.[Claim 2 ] The photovoltaic detector of claim 1, wherein the coating electrode film is made of indium tin oxide (In 2 O 3 -SnO 2 ) glass that transmits light and has a conducting performance.
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